专利名称：具有电容式传感器的光学导航模块的制作方法
技术领域：
本公开总体涉及光学导航模块，并且更为具体地，涉及光学手指导航模块以及用于操作该光学手指导航模块的方法。
背景技术：
比如个人计算机、平板计算机、娱乐系统、游戏控制台以及蜂窝电话之类的数据处理系统通常包括用于数据输入和/或光标移动的光学导航传感器或模块。光学导航模块通常包括光源以及比如电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)成像阵列或梳状阵列之类的传感器，所述光源用于照射跟踪表面，以及所述传感器用于捕获从所述表面反射回的光中的图像或信号。在与所述传感器耦合的信号处理器中实现的跟踪程序分析连续的图像或样本，以确定所述光学导航模块相对于所述表面的位移。因为光学导航模块仅仅在将所述传感器与所述跟踪表面分隔开额定设计高度附近的窄范围内工作良好，所以当所述光学导航模块与跟踪表面分隔开多于最大抬升高度时，必须进行抬升检测。先前的光学导航模块依赖于基于图像散焦、光学信号强度损耗或者这两者进行的光学抬升检测机制。尽管这通常工作良好，但是一个问题在于每个使用所述光学导航模块的新设备要求新的机械和/或光学设计，以及要求对所述光学导航模块进行精细调谐。此外，改变所述最大抬升高度通常要求新的机械和/或光学设计。最后，用于实现这种抬升截止(lift cutoff)机制的光学设计通常要求精确的设计和制造工艺，从而增加了所述光学导航模块的成本。
在结合附图和所附权利要求阅读下述详细描述后，光学导航模块以及它的操作方法的这些和各种其他特征将是显而易见的，在附图中图IA例示了在附接到窗口的衬底上的具有电容式传感器和小孔的光学手指导航(OFN)模块的实施例的方框图；图IB例示了图IA中的衬底的顶视图；图IC例示了具有控制器的图IA中的电容式传感器的实施例的方框图；图2例示了在形成在光电检测器阵列(PDA)上方的集成电路上或附接到该集成电路的衬底上的具有电容式传感器和小孔的OFN模块的另一实施例的方框图；图3例示了与图IA和2中的OFN —起使用的窗口的一部分的剖面图的实施例；图4是用于操作具有电容式传感器的OFN模块的方法的实施例的流程图；图5例不了从光学粗糙表面返回的光中的斑点图案；
图6例示了在根据本公开的实施例的OFN中使用的基于斑点的线性或一维(ID)梳状阵列的方框示意图；图7A和7B例示了在根据本公开的实施例的OFN中使用的二维(2D)梳状阵列的方框示意图；图8例示了集成到个人计算机(PC)或工作站的键盘中的根据本公开的OFN的实施例；图9例示了集成到平板PC中的根据本公开的OFN的实施例；和图10例示了集成到蜂窝电话或手持电子设备中的根据本公开的OFN的实施例。
具体实施方式
光学导航模块和方法被提供来在输入设备中用来感测所述光学导航模块和跟踪表面之间的相对运动。在一个实施例中，所述光学导航模块包括(i)光源，用于照射表面的至少一部分，所述光学导航模块相对于所述表面移动；(ii)集成电路(1C),包括光电检测器阵列(PDA)以及信号处理器，所述光电检测器阵列用于检测从所述表面传播到所述PDA上的光图案，所述信号处理器用于将传播到所述PDA上的光图案中的变化转换为表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据；以及(iii)衬底，在所述衬底上安装所述光源和IC,所述衬底在所述表面和所述PDA之间的光路径中包括小孔(aperture)。在另一实施例中，所述光学导航模块是光学手指导航(OFN)模块，并且包括电容式传感器，用于检测所述手指的表面或其他表面与所述OFN模块分隔开的抬升高度，以及用于当所述抬升高度超过最大抬升高度时，截止或中断表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据。或者，所述电容式传感器被配置为将所述OFN模块从第一操作模式切换到第二操作模式，在所述第一操作模式中，跟踪所述手指的移动，以及在所述第二操作模式中，所述OFN模块中的光学传感器作为环境光检测器操作。所述附图仅仅是示意，并且是非限制性的。为了例示，在附图中，一些元件的尺寸可能被放大，并且没有按照比例绘出。所述尺寸以及所述相对尺寸可能不对应于本发明的实践中的实际减小。为了清楚，在下面的描述中，已经省略了输入设备及其操作方法中的广为公知的以及与本装置和方法无关的许多细节，特别是按钮、按键和光学导航传感器。在一个实施例中，如图IA中所示，所述光学导航模块包括光学手指导航(OFN)模块102，用于感测跟踪表面104 (比如，手指、触控笔、手掌或其他合适的物体的表面)在所述OFN模块的光学透明窗口 106上方的移动。所述OFN模块102可以检测手势(gesture)，比如敲打或双次敲打所述窗口 106，以及所述跟踪表面和所述OFN模块之间的相对移动。参见图1A，所述OFN模块102包括衬底108，比如安装有照明装置或光源110以及传感器集成电路(IC) 112之类的电路板或印刷电路板(PCB)，所述照明装置或光源110比如是发光二极管(LED)、激光器或VCSEL。所述IC112的组件包括比如光电二极管阵列之类的光电检测器或光电检测器阵列(PDA) 114、比如模拟放大器、差分放大器和比较器之类的前端电子器件116以及信号处理电路或信号处理器118，所述信号处理电路或信号处理器118用于将从所述跟踪表面104传播到所述PDA上的光图案中的变化转换为移动数据。利用传播，它意味着从跟踪表面104到所述PDA 114的光传输或光移动是来自所述跟踪表面的光的散射或反射的结果。
所述衬底108还包括位于所述跟踪表面104和所述PDA 114之间的光路径中的第一开口或小孔120，用于控制散射到所述PDA的光以及阻止环境光。在一些实施例中，比如所不出的所述衬底108的上表面被例如利用粘合剂124固定到窗口 106的下表面、并且所述光源110和IC 112被倒装安装到所述衬底的背面或下表面的实施例中，所述衬底还包括位于所述已组装的OFN模块102中的光源上方的第二开口 126。利用倒装安装，它意味着利用沉积在所述光源110和IC 112的焊盘(未示出)上的焊料凸块，将所述光源和IC安装并且电耦合到所述衬底108上的金属层或导电迹线，从而使得所述光源和IC的顶侧或电气有源侧面对所述衬底。这与线焊配置相反，在线焊配置中，芯片被安装为不面对电路板或衬底，并且使用布线来将焊盘与外部电路互连。可选地，所述衬底108在下表面上还包括连接器130，比如带状连接器，通过所述连接器，将所述光源110和/或IC 112电耦合到与所述OFN模块102 —起使用的控制器132和/或输入设备。另外，所述衬底108还可以包括安装在衬底上或嵌入在衬底中的电容式传感器134，用于检测存在或不存在跟踪表面104或手指。在一个实施例中，如图IB中所示，所述电容式传感器可以是互容式传感器(mutual capacitive sensor),包括多个相邻板分段或电极136a和136b以及IC 112或控制器132中的被配置为检测所述电极之间的电容的电 路，所述电极136a和136b由所述衬底108的上表面上的多个图案化的导电层或金属层形成。在另一实施例中，如图IC中所示，所述电容式传感器134可以包括传感器元件140的矩阵或阵列138，每个传感器元件由多个接收电极142和发送电极144中之一的交点形成。所述传感器阵列138通过发送解复用器146和接收复用器148耦合到电容式传感器控制电路137。如上所述，所述电容式传感器控制器电路137可以在IC 112中或者在OFN模块102的控制器132中实现。在一些实施例中，比如图IC中示出的实施例，所述电容式传感器控制电路137可以包括用于将电容变换为测量值的张弛振荡器150或其他装置，用于测量所述振荡器输出的计数器152或计时器，以及利用固件、硬件或软件实现的处理逻辑154，该处理逻辑154用于将所述计数值(例如电容值)变换为传感器元件检测决定(也称为开关检测决定)或相对幅度。应该注意的是，存在各种公知的用于测量电容的方法，比如电流-电压相移测量、电阻器-电容器充电计时(charge timing)、电容桥分压器、电荷转移、逐次逼近法、西格玛-德尔塔(sigma-delta)调制器、电荷累积电路、场效应、互容、频移或其他电容测量算法。尽管被示出为控制器132的一部分，但是将理解的是，作为替换，发送解复用器146、接收复用器148、张弛振荡器150、计数器152或处理逻辑154中的任何一个或全部可以在具有电容式传感器134的衬底108上或者在IC 112中实现。或者，所述电容式传感器134可以是自容传感器或电容式绝对传感器，用于检测所述衬底108的上表面上的单个连续上板或电极(未示出)和所述衬底的下表面上或者IC112内的接地平面(未示出)之间的电容。在一个实施例中，所述控制器132是可编程控制器，比如位于加利福尼亚州圣何塞(San Jose)的Cypress半导体公司出品的可编程片上系统或PSoC 控制器，并且包括驻留在该控制器中的程序，该程序能够在两个或更多操作模式下操作所述OFN模块。例如，在当所述电容式传感器134在比最大抬升高度小的抬升高度内检测到存在跟踪表面104或手指时的第一操作模式下，所述控制器操作所述OFN模块102来跟踪所述跟踪表面相对于所述OFN模块的移动，所述最大抬升高度的值被存储在控制器132的寄存器或存储器中。在当所述电容式传感器134在比最大抬升高度小的抬升高度内没有检测到存在所述跟踪表面104或者没有检测到所述跟踪表面时的第二操作模式下，所述控制器132可以操作所述OFN模块102来中断从所述OFN模块102输出移动数据，由此防止从所述OFN模块输出由于所述跟踪表面或手指超过所述最大跟踪高度或者穿过暴露的窗口 106和小孔120到达PDA 114上的环境或外界光的图案变化造成的错误移动数据。中断从所述OFN模块102输出移动数据可以通过从所述光源110、PDA 114、前端电子器件116和/或信号处理器118去除电源来完成，或者通过将所述信号处理切换或者重新配置为中断输出移动数据来完成。当在第二模式下操作时，从所述OFN模块102中的除了操作所述电容式传感器134所需的组件之外的组件去除电源，提供了进一步的优点，即，减少使用所述OFN模块的利用电池操作的设备的功耗。作为替换或者另外，所述电容式传感器134可以被配置为或者适于感测手势，比如敲打或双次敲打所述OFN模块102的表面，或者使得所述跟踪表面104或手指按照特定的方向扫过所述OFN模块的表面，以及感测存在或不存在所述跟踪表面或手指。所述电容式传感器134通过感测规定时间段内的电容的快速或突然变化(即，敲打或双次敲打)来感测所述手势，或者通过感测电极136或所述衬底108的表面上的不同电容元件之间的电容变化来感测所述手势。在禁用表面跟踪后，所述第二操作模式还可以包括将所述OFN模块102作为环境光传感器操作，以测量和输出表示照射到所述PDA 114上的环境光的数据。这种环境光数据可以例如用来调整使用或包含所述OFN模块的设备中的显示器的亮度或色度，所述设备比如是计算机、电子阅读器或蜂窝电话。在当所述电容式传感器134检测到在比所述最大抬升高度小的抬升高度内检测到存在跟踪表面104但是所述OFN模块102在可编程时间段后没有检测到所述跟踪表面的移动时的又一或第三操作模式下，所述控制器132可以包括用于操作所述OFN模块来启用自动滚动功能的程序，在该自动滚动功能中，继续表示前一移动的数据输出，直到再次抬升或移动所述跟踪表面为止。可选地，所述控制器132可以包括用于使得用户能够指定所述最大抬升高度，或者从在所述控制器中存储的多个可编程的最大抬升高度中选择一个的程序。因为所述OFN模块102可以满意地跟踪处于由于表面粗糙度和/或颜色淀积变化造成的不同抬升高度处的不同手指，所以在本实施例的一个版本中，用户可以通过指定手指类型来从所述预先编程的最大抬升高度中选择。或者，所述控制器132可以包括用于使得用户能够通过校准过程来指定所述最大抬升高度的程序，在该校准过程中，所述手指朝向所述窗口 106的表面移动或者从所述窗口 106的表面抬升。图IB例示了图IA中的OFN模块102的衬底108的顶视图。参见图1B，所述衬底108包括一层或多层材料、第一开口或小孔120以及第二开口 126,所述一层或多层材料对于所述光源所生成的且被所述PDA感测的至少一个波长的光基本上是不透明的，所述第一开口或小孔120至少部分与所述已组装的OFN模块中的PDA 114重叠，所述第二开口 126在所述光源110的上方。所述电容式传感器134包括一层或多层金属或其他导电材料,该一层或多层金属或其他导电材料形成在或层叠到所述衬底108上并且使用标准光刻技术进行图案化来形成所述电容式传感器的一个或多个平板或电极。如上所述，所述电容式传感器134可以是互容传感器，该互容传感器包括位于所述衬底108的上表面上的多个相邻平板分段或电极136，并且检测所述电极之间的电容。在另一实施例中，如图2中所示，所述OFN模块202包括位于衬底208中或之上的小孔204和电容式传感器206以及光源214，该衬底208形成在包括该光电检测阵列(PDA212)的集成电路(IC 210)上或PDA的上方附接到集成电路(IC 210)。通常，所述IC210还包括如上针对所述OFN模块102所述的前端电子器件216和/或信号处理器218，以及用于将所述IC与要被所述OFN模块202跟踪的手指分隔开的窗口 220。另外，所述IC210还可以在所述衬底208和IC 210之间包括一层或多层222，用于调整所述小孔204与所述PDA212之间的分隔高度。所述一层或多层222可以在所述手指和所述PDA212或与所述PDA重叠的开口(未示出)之间的光路径中包括光学透明的材料。所述衬底208可以包括一个或多个在将所述IC从半导体晶圆切割下之前使用标 准半导体处理技术形成、沉积或生长在所述IC 210上的导电或介电材料层，或者一个或多个与所述IC分离地制造且附接到该IC上的导电或介电材料层。在一个实施例中，所述衬底208包括在介电层上方沉积的导电或金属层，使用标准光刻技术对该导电或金属层进行图案化以形成电容式绝对感测系统的平板或者互容感测系统的电极，在该互容感测系统中，所述手指改变相邻电极或平板分段之间的互耦。在另一实施例，所述OFN模块的光源214在与所述IC 210相对的一侧上附接到所述衬底208上。可选地，所述光源214可以通过所述衬底208上的被图案化的金属层，电耦合到电源。图3中示出了与图IA和2中的OFN—起使用的窗口的一部分的剖面侧视图。参见图3中的实施例，所述窗口 302可以包括一个或多个塑料、玻璃或晶体材料层304，306，308，310，该一个或多个材料层对于可以由所述光源发出且被所述检测器感测到的至少一个波长的光基本上是透明的。另外，所述窗口 302应该具有良好的光学质量，从而它不会分散所通过的光。可以选择所述窗口 302的外层和/或内层304，310的物理或光学特性，比如耐磨、强度和/或低反射。低反射可以通过使用附加的抗反射涂覆(ARC)层或表面312实现。在一个实施例中，所述窗口 302具有至少两个滤光层306，308，包括用于阻止所具有的波长比所述光源的波长短的光的第一滤光层，以及用于阻止所具有的波长比所述光源的波长长的光的第二滤光层。现在将参照图4中的流程图，描述用于操作具有电容式传感器且能够在两个操作模式下操作的OFN模块的方法的实施例。在第一块中，所述OFN模块利用附接到或嵌入到所述OFN模块的衬底(比如电路板)中的电容式传感器，检测靠近所述OFN模块的跟踪表面的存在性(402)。如上参照图IA和2中的OFN所说明的，检测所述表面存在性可以包括利用所述电容式传感器测量将所述表面与所述OFN模块分隔开的抬升高度，以及将所测量的抬升高度与可编程的或存储在所述OFN模块的固件或电容式传感器控制器中的最大抬升高度进行比较。接着，如果检测到存在表面，则启用表面跟踪(404)，并且所述OFN模块在第一模式下操作，以利用所述OFN模块的光学传感器来跟踪所述表面的移动(406)。启用表面跟踪可以通过将电源施加到所述光源、前端电子器件和/或信号处理器来实现，或者通过将所述信号处理器切换或重新配置到输出表示所述OFN模块相对于所述表面的移动的数据来实现。跟踪所述表面的移动通常包括利用所述光源照射表面的至少一部分；检测从所述表面散射到所述OFN模块中的传感器IC上的PDA的光图案；以及利用所述信号处理器，将散射到所述PDA上的光图案中的变化转换为表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据。在一个实施例中，其中所述光源和IC被安装到包括小孔的衬底上，并且检测从所述表面散射到所述PDA上的光图案包括检测通过所述小孔从所述表面散射到所述PDA上的光图案。如果没有检测到存在表面，则禁用表面跟踪(408)。禁用表面跟踪可以通过从所述光源、前端电子器件和/或信号处理器去除电源来实现，或者通过将所述信号处理器切换或重新配置为中断输出表示所述OFN模块相对于所述表面的移动的数据来实现。可选地，在禁用表面跟踪后，所述方法还可以包括在第二模式下操作所述OFN模块，以检测并输出表示照射到所述PDA上的环境光的数据(410)。如上所述，关于环境光的数据可以被包括所述OFN模块或与所述OFN模块一起使用的设备使用来调整显示器的光输出。
最后，重复上述方法(412)，开始检测靠近所述OFN模块的跟踪表面的存在性(402)。所述方法可以通过按照规则的调度间隔采样或轮询所述电容式传感器来重复，或者通过在所述电容式传感器的输出中连续地监测所述电容式传感器的输出中的变化来重复。现在将参照图5描述基于斑点的OFN的操作原理。为了清楚，在下面的描述中，已经省略了基于斑点的ONS中的广为公知且与本发明无关的许多细节。例如，在2006年11月21 日授权的共同转让的 Jahja Trisnadi 等的名称为 “Two-Dimensional Motion Sensor”的美国专利No. 7，138，620中描述了基于斑点的光学导航传感器，通过引用将其全文并入本文中。参见图5，所具有的不规则形态的尺寸(S卩，大致大于Iym)比入射光的波长大的任何普通表面将趋于以接近Lambertian的方式，将光502散射到整个半球。如果使用相干光源，比如激光器，则在被具有有限小孔的平方定量检测器检测到后，从所述表面返回的空间相干光将产生复杂的干涉图案。这种具有亮区和暗区的复杂干涉图案被称为斑点或斑点图案504。如图5中所示，所述表面法线508和最外面的光线512之间的光线506，对所测量的斑点图案504作出贡献。斑点是由于相干光从粗糙表面散射开生成的且被比如光电二极管之类的强度感光元件检测到的随机干涉图案，所述强度感光元件具有有限角度视场或数值孔径(NA)。所述斑点图案的详细特性取决于所述表面外形以及从表面散射的光的波长。从移动粗糙表面得到的转换后的斑点图案可以被使用来在所述表面横向移到所述ONS时，识别所述ONS和所述表面之间的任何相对移动。斑点敏感光电检测器阵列可以包括一个或多个线性或一维(ID)或二维(2D)梳状阵列，该阵列具有按照二维配置布置的多个检测器或感光元件。线性或ID梳状阵列是具有按照周期性方式连接的多个感光元件的阵列，从而该阵列充当用于对所述信号的一个空间频率分量进行积分的固定模板。图6中示出了一个这种ID梳状阵列的实施例。多个感光元件的周期性方式的连接使得所述梳状阵列在一个空间频率K(由所述阵列中的感光元件的间距和所述收集光学器件定义)下能够有效地用作相关器。图4示出了比如光电二极管604之类的感光元件的ID梳状阵列602 (沿着一个轴)的一般配置，其中感光元件的交错组的组合用作由于所述斑点(或非斑点)图像产生的亮-暗信号605的空间频率上的周期性滤光器。在所示出的实施例中，所述ID梳状阵列602包括多个光电二极管集或周期，每个具有4个光电二极管604，在这里被标记为A，B, C和D。每个周期中来自对应或类似标记的光电二极管604的电流或信号被电连接(线和)来形成从阵列602输出的4个线信号606。通过使用第一差分模拟电路608来完成背景抑制和信号增强，从而生成同相差分电流信号(这里被标记为C。」，以及通过使用第二差分模拟电路610来完成背景抑制和信号增强，从而生成正交差分电流信号(这里被标记为Swt)。对所述同相信号和正交信号的相位进行比较，允许确定所述ID梳状阵列602相对于散射表面的移动的幅度和方向。参见图6，通过采用底层斑点图案并且分别根据余弦模板612和正弦模板614对它们进行处理，获得所述同相信号Cwt和正交信号S-。可以设计所述0NS，使得光学“亮-暗”信号图案(即，斑点)具有基本上等于所述梳状阵列的周期(图6的实施例中的四个(4个)光电二极管604或像素)的尺寸。如图6中所示，所述同相信号电流根据Crat = A-C获得，·以及所述正交信号电流根据Srat = B-D获得。在一个实施例中，所述光电检测器阵列可以包括按照二维(2D)布置的光电二极管或感光元件，如图7A和7B所示。所述2D梳状阵列的性能被期望优于所述IDX ID情形，因为平均而言，所述图像中的每个点在所有方向上在所述2D检测器有效区域内部经过长得多的路径，并且因此为所述位移估计作出更多的贡献。图7A和7B是具有按照每单元配置4X4个元件成组的感光元件的2D梳状阵列的方框示意图。参见图7A和7B,所述2D梳状阵列702可以具有被布置或成组为多个单元706的多个感光元件704，每个单元具有按照每单元配置4X4个元件(或者4X4元件/周期)成组的感光元件。具有相同字母和相同编号的单元706内的感光元件704 (如图5的细节中所示)与具有相同编号的2D梳状阵列702中的所有单元的对应元件电连接或线和，以得到8个信号Al到D2。所述8个线和信号被利用差分放大器708进一步进行组合，以提供在X和y方向上包含同相和正交信息的四个信号。在一个实施例中，如图8中所示，所述OFN模块可以被集成到个人计算机(PC)或笔记本计算机的外壳或键盘802中。所述OFN模块通常包括位于键盘802的表面中或通过键盘802的表面的开口或光学透明窗口 804，通过所述开口或光学透明窗口 804，所述OFN模块感测跟踪表面的相对移动和/或姿势，所述跟踪表面比如是手指、触控笔、手掌或其他合适的物体。可选地，所述OFN模块还可以包括用于检测将所述手指的表面与所述OFN模块分隔开的抬升高度的电容式传感器，以及嵌入在固件中的用于将所述OFN模块从第一操作模式切换到第二操作模式的程序，在所述第一操作模式中，跟踪所述手指的移动，以及在所述第二操作模式中，不跟踪所述手指的移动，并且所述OFN模块中的光学传感器作为环境光检测器操作。在另一实施例中，如图9中所示，所述OFN模块被容纳在数字阅读器或平板计算机902中，并且与所述数字阅读器或平板计算机902 —起使用。参见图9，在该实施例中，所述OFN模块位于或容纳在位于平板计算机902的表面中或通过平板计算机902的表面的开口或光学透明窗口 904下方，通过所述开口或光学透明窗口 904，所述OFN模块感测跟踪表面的相对移动和/或姿势，所述跟踪表面比如是手指、手掌或触控笔。如上所述，所述OFN模块还可以包括用于检测将所述手指的表面与所述OFN模块分隔开的抬升高度的电容式传感器，以及嵌入在固件中的用于将所述OFN模块从第一操作模式切换到第二操作模式的程序，在所述第一操作模式中，跟踪所述手指的移动，以及在所述第二操作模式中，不跟踪所述手指的移动，并且所述OFN模块中的光学传感器作为环境光检测器操作。在另一实施例中，如图10中所示，所述OFN模块被容纳在移动或手持电子设备1002中，并且与所述移动或手持电子设备1002 —起使用，所述移动或手持电子设备比如是蜂窝电话、游戏控制器、远程指示设备或个人数字助理(PDA)。参见图10，在该实施例中，所述OFN模块通常包括位于所述手持电子设备1002的表面中或通过所述手持电子设备1002的表面的光学透明窗口 1004，通过所述光学透明窗口 1004，感测所述OFN模块和所述窗口上或接近所述窗口的物体(即手指)之间的移动。如上所述，所述OFN模块还可以包括用于检测将所述手指的表面与所述OFN模块分隔开的抬升高度的电容式传感器，以及嵌入在固件中的用于将所述OFN模块从第一操作模式切换到第二操作模式的程序，在所述第一操作模式中，跟踪所述手指的移动，以及在所述第二操作模式中，不跟踪所述手指的移动，并 且所述OFN模块中的光学传感器作为环境光检测器操作。因此，已经描述了光学导航模块和用于操作该光学导航模块的方法的实施例。尽管已经参照具体示例实施例描述了本公开内容，但是将显而易见的是，可以对这些实施例进行各种修改和变化，而不会背离本公开内容的更广的精神和范围。因此，上述说明书和附图被认为是例示性的，而不是限制性的。提供本公开内容的摘要，以符合37 C. F. R. § I. 72 (b)的规定，该37C.F.R. § 1.72(b)要求将使得读者能够快速确定技术公开内容的一个或多个实施例的实质的摘要。提交该摘要，但是要理解的是，该摘要将不被使用来解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在前述详细描述中，可以看出，为了将本公开内容连成一个整体，在单个实施例中将各种特征成组在一起。本公开内容的这个方法不被解释为反映下述意图，即所要求的实施例要求比每个权利要求中明确记载的特征更多的特征。相反，如所附权利要求中所反映的，创造性的主题在于少于单个公开的实施例的所有特征。因此，下述权利要求由此并入到详细描述中，其中每个权利要求代表不同的实施例。在前述描述中，为了说明，已经阐述了许多具体细节，以便提供对本公开的系统和方法的全面理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实现本接口设备和方法。在其他实例中，没有详细地示出或者以方框图的形式示出共知的结构和技术，以便避免在理解本描述时出现不必要的混淆。上述说明书中的对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在所述系统和方法的至少一个实施例中。词语“一个实施例”在本说明书中的各个地方的出现并不一定都指代相同的实施例。本文中所使用的术语“耦合”可以包括直接电连接两个或更多个组件或元件，以及通过一个或多个中间组件间接连接。
权利要求
1.一种光学导航模块，包括 光源，用于照射表面的至少一部分，所述光学导航模块相对于所述表面移动； 集成电路(1C)，包括光电检测器阵列(PDA)以及信号处理器，所述PDA用于检测从所述表面传播到所述PDA上的光图案，所述信号处理器用于将传播到所述PDA上的光图案中的变化转换为表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据；以及 衬底，在所述衬底上安装所述光源和1C，所述衬底在所述表面和所述PDA之间的光路径中包括小孔。
2.如权利要求I所述的光学导航模块，其中，所述衬底包括电路板，以及其中利用所述IC和所述电路板上的焊盘之间的焊料，将所述IC倒装安装到所述电路板上。
3.如权利要求2所述的光学导航模块，其中，所述表面包括手指的表面，以及其中所述光学导航模块还包括位于所述电路板上的电容式传感器，所述电容式传感器被配置为检测所述手指的表面和所述光学导航模块之间的抬升高度。
4.如权利要求3所述的光学导航模块，还包括 电耦合到所述电容式传感器的控制器，其中所述控制器被配置为当所述抬升高度超过最大抬升高度时，中断表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据，其中所述控制器可被编程来指定所述最大抬升高度。
5.如权利要求4所述的光学导航模块，还包括 窗口，所述窗口包括第一表面和第二表面，所述手指的表面在所述第一表面上方移动，以及所述电路板附接到所述窗口的第二表面，以及其中所述窗口位于所述手指的表面和所述PDA之间的光路径中。
6.如权利要求5所述的光学导航模块，其中，在与所述IC的公共侧，所述光源被倒装安装到所述电路板上，并且与所述窗口相对，以及其中所述光源通过所述光源和所述表面之间的光路径中的开口，照射所述表面，所述光学导航模块相对于所述表面移动。
7.一种输入设备，包括如权利要求5所述的光学导航模块,其中,所述输入设备被配置为与个人计算机(PC)、平板PC或手持电子设备一起使用。
8.如权利要求4所述的光学导航模块，其中，所述IC和PDA还被配置为当所述抬升高度超过所述最大抬升高度时，检测环境光。
9.如权利要求I所述的光学导航模块，其中，所述光学导航模块在所述表面和所述PDA之间的所述光路径中不包括光学有源元件。
10.一种用于操作光学导航模块的方法，包括 利用所述光学导航模块中的光源，照射表面的至少一部分，所述光学导航模块相对于所述表面移动； 检测从所述表面传播到所述光学导航模块的集成电路(IC)中的光电检测器阵列(PDA)上的光图案；以及 利用所述IC中的信号处理器将传播到所述PDA上的光图案中的变化转换为表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据， 其中，所述光源和IC被安装到包括小孔的电路板上，以及其中检测从所述表面传播到所述PDA上的光图案包括检测通过所述小孔从所述表面传播到所述PDA上的光图案。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述表面包括手指的表面，以及还包括利用位于所述电路板上的电容式传感器，检测所述手指的表面和所述光学导航模块之间的抬升高度。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述光学导航模块还包括电耦合到所述电容式传感器的控制器，以及还包括当所述抬升高度超过最大抬升高度时，中断表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据的控制器功能。
13.如权利要求12所述的方法，还包括 在中断表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据之前，对所述 控制器进行编程来指定所述最大抬升高度的方法。
14.如权利要求12所述的方法，还包括 在中断表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据之后，利用所述IC和PDA检测照射到所述PDA的环境光的方法。
15.如权利要求11所述的方法，还包括 当利用所述电容式传感器检测到所述手指的表面，但所述手指的表面和所述光学导航模块之间没有移动时，启用自动滚动。
16.—种光学导航模块,包括 光源，用于照射表面的至少一部分，所述光学导航模块相对于所述表面移动； 集成电路(1C)，包括光电检测器阵列(PDA)，所述光电检测器阵列用于检测从所述表面传播到所述PDA上的光图案； 信号处理器，用于将传播到所述PDA上的光图案中的变化转换为表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据；以及 在所述IC上叠置且附接到所述IC上的衬底，其中，所述衬底包括光学不透明的材料，并且所述衬底被图案化来在所述表面和所述PDA之间的光路径中形成小孔。
17.如权利要求16所述的光学导航模块，其中，所述衬底还包括电容式传感器，所述电容式传感器被配置为检测所述表面和所述光学导航模块之间的抬升高度。
18.如权利要求17所述的光学导航模块，其中，所述IC还包括用于将所述PDA与所述衬底分隔开的介电层，以及其中所述衬底包括导电层，所述导电层被图案化来形成所述电容式传感器的元件。
19.如权利要求16所述的光学导航模块，其中，所述光源被附接到所述衬底的与所述IC相对的表面上。
20.如权利要求16所述的光学导航模块,其中，所述光学导航模块在所述表面和所述PDA之间的所述光路径中不包括光学有源元件。
全文摘要
本发明提供了光学导航模块及其操作方法，所述光学导航模块用于感测所述光学导航模块和跟踪表面之间的相对移动。在一个实施例中，所述光学导航模块包括(i)光源，用于照射表面的至少一部分，所述光学导航模块相对于所述表面移动；(ii)集成电路(IC)，包括光电检测器阵列(PDA)以及信号处理器，所述光电检测器阵列用于检测从所述表面传播到所述PDA上的光图案，所述信号处理器用于将传播到所述PDA上的光图案中的变化转换为表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据；以及(iii)衬底，在所述衬底上安装所述光源和IC，所述衬底在所述表面和所述PDA之间的光路径中包括小孔。还公开了其他的实施例。
文档编号G06F3/041GK102959494SQ201180002762
公开日2013年3月6日 申请日期2011年9月27日 优先权日2011年6月16日
发明者穆静惠, 布雷特·史布尔拉克, 徐扬森, 布莱安·托杜洛夫, 约翰·佛瑞姆 申请人:赛普拉斯半导体公司